一種糖蜜的預(yù)處理方法及其所得糖蜜的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種將糖蜜脫毒的預(yù)處理方法，尤其涉及一種將糖蜜降黏、脫色的預(yù)處理方法，其特征在于包括膠體絮凝、重金屬離子脫除、濾渣回收、脫色、色素回收步驟，糖蜜原料被中和后與磷酸三鈣混合，常溫下離心獲得的固體回收作為沼氣發(fā)酵底物，液體進(jìn)一步酸化后再離心，獲得的固體仍回收作為沼氣發(fā)酵底物，液體與活性炭混合，混合物常溫過(guò)濾后分別收集脫毒糖蜜濾液和活性炭，濾液作為化學(xué)品合成底物，截留的活性炭中加入乙醇回收色素，活性炭從而再生利用。本發(fā)明將糖蜜原料高效降黏、脫色和去除重金屬離子，提高原料的轉(zhuǎn)化效率和利用率，彌補(bǔ)了現(xiàn)有糖蜜預(yù)處理方法中能耗大，轉(zhuǎn)化率低等不足。
【專利說(shuō)明】一種糖蜜的預(yù)處理方法及其所得糖蜜的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物化工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種將糖蜜預(yù)處理方法及其所得蜜糖和蜜糖的應(yīng)用，尤其涉及一種將糖蜜降黏、脫色的預(yù)處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]糖蜜，主要是指制糖工業(yè)上不能再用于煮制糖品的廢糖蜜，資源豐富，價(jià)格低廉。糖蜜中含糖量高，目前國(guó)內(nèi)外常以糖蜜為原料生產(chǎn)酒精、谷氨酸、酵母、抗生素、飼料、表面活性劑等。但糖蜜不經(jīng)處理直接發(fā)酵或轉(zhuǎn)化時(shí)會(huì)有以下原因影響發(fā)酵的效果:1)過(guò)量的金屬離子和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)使得菌株過(guò)度生長(zhǎng)，阻礙產(chǎn)品積累；2)過(guò)量的生物素，需要外源添加抑制其作用的物質(zhì)，增加產(chǎn)品工藝復(fù)雜性；3)黑褐色色素，影響成品色澤，同時(shí)在發(fā)酵時(shí)會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用；4)膠體物質(zhì)粘度大，致使發(fā)酵中泡沫較多，對(duì)于提取也帶來(lái)困難；5)較多的鈣質(zhì)不利于產(chǎn)品的提取。因此，對(duì)糖蜜原料進(jìn)行預(yù)處理對(duì)提高糖蜜的轉(zhuǎn)化率具有重要意義。余煒等(2005)比較了幾種甘蔗糖蜜的預(yù)處理方法對(duì)L-亮氨酸生物合成的影響，發(fā)現(xiàn)硫酸處理可使糖蜜中可溶性的灰分和膠體分解，并促使蔗糖轉(zhuǎn)化為單糖，而活性炭處理可以除掉糖蜜中大量的生物素，同時(shí)也可以使部分膠體沉淀，使糖蜜變得澄清。但是單一的硫酸法或活性炭法處理糖蜜，會(huì)消耗大量的能量、酸堿、活性炭，對(duì)環(huán)境造成污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的第一目的是提供一種將糖蜜高效脫毒的預(yù)處理方法，通過(guò)該方法可以降低糖蜜的黏度和色素濃度，提高原料轉(zhuǎn)化率，有效降低成本，提高經(jīng)濟(jì)性，以此改進(jìn)現(xiàn)有糖蜜預(yù)處理方法中能耗大，轉(zhuǎn)化率低等不足。
[0004]本發(fā)明的第二目的是提供一種由經(jīng)上述方法預(yù)處理過(guò)的糖蜜。
[0005]本發(fā)明的第三目的是提供上述糖蜜作為發(fā)酵底物的應(yīng)用。
[0006]—、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種將糖蜜高效脫毒的預(yù)處理方法，尤其涉及一種將糖蜜降黏、脫色的預(yù)處理方法，其特征在于包括膠體絮凝、重金屬離子脫除、濾渣回收、脫色、色素回收步驟，糖蜜原料被中和后與磷酸三鈣混合，常溫下離心獲得的固體回收作為沼氣發(fā)酵底物，液體進(jìn)一步酸化后再離心，獲得的固體仍回收作為沼氣發(fā)酵底物，液體與活性炭混合，混合物常溫過(guò)濾后分別收集脫毒糖蜜濾液和活性炭，濾液作為化學(xué)品合成底物，截留的活性炭中加入乙醇回收色素，活性炭從而再生利用。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案的具體步驟如下:
a)膠體絮凝
糖蜜原料被I mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，與0.3%_3% (w/v)磷酸三鈣混合后煮沸2-10 min,冷卻至室溫后離心,離心條件為2500 rpm, 10 min,分別回收固體物和液體；
b)重金屬離子脫除將步驟a)獲得的液體用0.5 mol/L的H2SO4溶液調(diào)至pH 2.0-4.0，并在室溫下靜置4-10 h后離心,離心條件為2500 rpm, 10 min,分別回收固體物和液體；
c)脫色
將步驟b)獲得的液體中加入0.2%-1% (w/v)活性炭，混合均勻后振蕩10-45 min，轉(zhuǎn)速150-250 rpm,常溫下過(guò)濾后分別回收濾液和活性炭,濾液為脫毒糖蜜。
[0008]優(yōu)選的，所述的步驟還包括濾渣回收，具體為將步驟a)和步驟b)獲得的固體，作為沼氣發(fā)酵的底物。
[0009]優(yōu)選的，所述的步驟還包括色素的回收，具體為將步驟c)中脫色和過(guò)濾后得到的活性炭中按體積比1:1加入乙醇，搖床振蕩30-60 min,轉(zhuǎn)速100-200 rpm,過(guò)濾得到的液體經(jīng)過(guò)濃縮后得到褐色粉末色素產(chǎn)品。
[0010]優(yōu)選的，所述的過(guò)濾是采用孔徑為0.45 μ m的濾紙或?yàn)V膜。
[0011]優(yōu)選的，所述的濃縮溫度在50-60 °C。
[0012]優(yōu)選的，步驟a)所述的糖蜜包括甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜。
[0013]優(yōu)選的，步驟b)所述的重金屬離子為 Cr6+、Co3+、Se6+、Hg2+、Mn4+、Cu2+、Fe2+、Ni+、Zn2+、Pb2+。
[0014]本發(fā)明的第二目的是提供一種由經(jīng)上述方法預(yù)處理過(guò)的糖蜜。
[0015]本發(fā)明的第三目的是提供上述糖蜜作為發(fā)酵底物的應(yīng)用。
[0016]本發(fā)明的有益效果:首先，適用范圍十分廣泛，該方法可以將所有糖蜜作為預(yù)處理原料；其次，本方法在常溫條件操作，無(wú)需嚴(yán)格控制溫度參數(shù)，不僅能大大降低生產(chǎn)能耗，而且能降低生產(chǎn)過(guò)程中的操作控制要求，即減少生產(chǎn)操作人員的培訓(xùn)成本及生產(chǎn)。安全隱患；再次，本方法中使用的酸堿溶液濃度低，節(jié)省了生產(chǎn)和回收成本；最后，將預(yù)處理殘余物進(jìn)行沼氣生產(chǎn)，色素回收，整個(gè)流程無(wú)污染物排放，工藝綠色友好；最后，糖蜜預(yù)處理過(guò)程不僅可以與賴氨酸和苯丙氨酸等氨基酸、丁二酸等有機(jī)酸、單細(xì)胞蛋白等發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的耦合，能大大降低化學(xué)品生產(chǎn)成本，還可用于生產(chǎn)糖苷類表面活性劑、蔗糖脂肪酸酯等化工產(chǎn)品，用途極為廣泛。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法作詳細(xì)說(shuō)明，但對(duì)本發(fā)明沒有限制。
[0018]本發(fā)明中糖蜜黏度、金屬離子和色素濃度測(cè)定方法:
O金屬離子濃度通過(guò)重金屬測(cè)定儀測(cè)定；
2)黏度通過(guò)黏度計(jì)測(cè)定；
3)色素濃度是通過(guò)紫外分光檢測(cè)器測(cè)定，測(cè)定樣品在光波長(zhǎng)395nm處的OD值，
降低的數(shù)據(jù)即是樣品處理前后的測(cè)定值差值。
[0019]實(shí)施例1說(shuō)明糖蜜的預(yù)處理方法
葡萄糖蜜原料被I mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，與0.3% (w/v)磷酸三鈣混合后煮沸2 min，冷卻至室溫后離心，離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；將膠體絮凝后獲得的液體用0.5 mol/L的H2SO4溶液調(diào)至pH 2.0，并在室溫下靜置4 h后離心,離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；混合膠體絮凝和重金屬離子脫除后獲得的固體，作為沼氣發(fā)酵的底物；重金屬離子脫除后獲得的液體中加入0.2% (w/v)活性炭，混合均勻后振蕩10 min，轉(zhuǎn)速150 rpm，常溫下過(guò)濾后分別回收濾液和活性炭，濾液為脫毒糖蜜；將脫色和過(guò)濾后得到的活性炭中按體積比1:1加入乙醇，搖床振蕩30 min，轉(zhuǎn)速100 rpm，過(guò)濾得到的液體經(jīng)過(guò)60 °C濃縮后得到褐色粉末色素產(chǎn)品。預(yù)處理后葡糖糖蜜黏度降低 90%，色素濃度降低 95%，金屬離子 Cr6+、Co3+、Se6+、Hg2+、Mn4+、Cu2+、Fe2+、Ni+、Zn2+、Pb2+ 濃度分別降低 35%、42%、33%、45%、41%、49%、55%、23%、66%、89%。
[0020]實(shí)施例2說(shuō)明糖蜜的預(yù)處理方法
玉米糖蜜原料被I mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，與3% (w/v)磷酸三鈣混合后煮沸10 min,冷卻至室溫后離心,離心條件為2500 rpm, 10 min,分別回收固體物和液體；將膠體絮凝后獲得的液體用0.5 mol/L的H2SO4溶液調(diào)至pH 4.0，并在室溫下靜置4 h后離心，離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；混合膠體絮凝和重金屬離子脫除后獲得的固體，作為沼氣發(fā)酵的底物；重金屬離子脫除后獲得的液體中加入0.5% (w/v)活性炭，混合均勻后振蕩45 min，轉(zhuǎn)速250 rpm，常溫下過(guò)濾后分別回收濾液和活性炭，濾液為脫毒糖蜜；將脫色和過(guò)濾后得到的活性炭中按體積比1:1加入乙醇，搖床振蕩60 min，轉(zhuǎn)速200 rpm，過(guò)濾得到的液體經(jīng)過(guò)50 °C濃縮后得到褐色粉末色素產(chǎn)品。預(yù)處理后玉米糖蜜黏度降低 98%，色素濃度降低 98%，金屬離子 Cr6+、Co3+、Se6+、Hg2+、Mn4+、Cu2+、Fe2+、Ni+、Zn2+、Pb2+濃度分別降低 42%、46%、53%、65%、71%、69%、67%、86%、87%、100%。
[0021 ] 實(shí)施例3說(shuō)明糖蜜的預(yù)處理方法
甘蔗糖蜜原料被I mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，與1% (w/v)磷酸三鈣混合后煮沸5 min，冷卻至室溫后離心，離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；將膠體絮凝后獲得的液體用0.5 mol/L的H2SO4溶液調(diào)至pH 3.0，并在室溫下靜置10 h后離心，離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；混合膠體絮凝和重金屬離子脫除后獲得的固體，作為沼氣發(fā)酵的底物；重金屬離子脫除后獲得的液體中加入1% (w/v)活性炭，混合均勻后振蕩15 min，轉(zhuǎn)速200 rpm，常溫下過(guò)濾后分別回收濾液和活性炭，濾液為脫毒糖蜜；將脫色和過(guò)濾后得到的活性炭中按體積比1:1加入乙醇，搖床振蕩45 min，轉(zhuǎn)速120rpm，過(guò)濾得到的液體經(jīng)過(guò)55 °C濃縮后得到褐色粉末色素產(chǎn)品。預(yù)處理后甘蔗糖蜜黏度降低 92%，色素濃度降低 91%，金屬離子 Cr6+、Co3+、Se6+、Hg2+、Mn4+、Cu2+、Fe2+、Ni+、Zn2+、Pb2+濃度分別降低 32%、66%、83%、95%、41%、89%、87%、88%、82%、83%。
[0022]實(shí)施例4說(shuō)明蜜糖的預(yù)處理方法
甜菜糖蜜原料被I mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，與1% (w/v)磷酸三鈣混合后煮沸7 min，冷卻至室溫后離心，離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；將膠體絮凝后獲得的液體用0.5 mol/L的H2SO4溶液調(diào)至pH 2.0，并在室溫下靜置10 h后離心，離心條件為2500 rpm, 10 min，分別回收固體物和液體；混合膠體絮凝和重金屬離子脫除后獲得的固體，作為沼氣發(fā)酵的底物；重金屬離子脫除后獲得的液體中加入0.8% (w/v)活性炭，混合均勻后振蕩16 min，轉(zhuǎn)速150 rpm，常溫下過(guò)濾后分別回收濾液和活性炭，濾液為脫毒糖蜜；將脫色和過(guò)濾后得到的活性炭中按體積比1:1加入乙醇，搖床振蕩36 min，轉(zhuǎn)速170 rpm，過(guò)濾得到的液體經(jīng)過(guò)50 °C濃縮后得到褐色粉末色素產(chǎn)品。預(yù)處理后甜菜糖蜜黏度降低 97%，色素濃度降低 99%，金屬離子 Cr6+、C。3+、Se6+、Hg2+、Mn4+、Cu2+、Fe2+、Ni+、Zn2+、Pb2+濃度分別降低 62%、76%、87%、85%、78%、79%、80%、68%、98%、99%。
[0023]實(shí)施例5說(shuō)明本發(fā)明預(yù)處理過(guò)的糖蜜作為發(fā)酵底物的應(yīng)用
本實(shí)施例說(shuō)明大腸桿菌coli NT1003 Δ Met Δ Thr (該菌株已由專利文獻(xiàn)公開,專利發(fā)明名稱為一株產(chǎn)L-賴氨酸的菌株及其生產(chǎn)L-賴氨酸的方法，申請(qǐng)公布號(hào)為CN 103361289 A)分別以脫毒甜菜糖蜜和甜菜糖蜜原料生產(chǎn)L-賴氨酸的方法。
[0024]本實(shí)施例所用的培養(yǎng)基配方:
斜面培養(yǎng)基:LB培養(yǎng)基，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組分為:胰蛋白胨1%、酵母提取物0.5%、氯化鈉1%，其余為水，pH 6.8-7.2。
[0025]種子培養(yǎng)基:蔗糖2%、蛋白胨2%、硫酸銨2%、酵母提取物1%、磷酸氫二鉀0.4%、硫酸鎂0.3%、硫酸亞鐵0.02%、硫酸錳0.07%，其余為水，pH 6.8-7.2。
[0026]發(fā)酵培養(yǎng)基:脫毒糖蜜或糖蜜原料10%、玉米漿1.5%、硫酸銨0.5%、磷酸氫二鉀
0.5%、硫酸錳0.2%、硫酸亞鐵0.4%、硫酸鎂0.1%，其余為水，pH 6.8-7.2。
[0027]I)斜面培養(yǎng)
Escherichia coli NT1003 Δ Met Δ Thr接種于斜面培養(yǎng)基中，在37 °C條件下活化I
d ；
2)種子培養(yǎng)
斜面培養(yǎng)的菌株coli NT1003AMetAThr接種于種子培養(yǎng)基中，500 mL三角瓶中裝液量為50 mL，培養(yǎng)溫度為37 °C, 200 rpm搖床轉(zhuǎn)速下培養(yǎng)10 h ；
3)發(fā)酵培養(yǎng)
種子培養(yǎng)的菌株coli NT1003 ΛMet Λ Thr接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為10%(v/v)，5 L發(fā)酵罐中裝液量為2 L，培養(yǎng)溫度為37 °C，發(fā)酵罐中通入空氣，以保持發(fā)酵體系中適宜的溶氧環(huán)境，攪拌速度在500 rpm,發(fā)酵過(guò)程采用氨水、2 mol/L鹽酸控制發(fā)酵液PH，發(fā)酵時(shí)間為80 h。經(jīng)SBA-40E型生物傳感儀測(cè)得經(jīng)本發(fā)明方法脫毒糖蜜發(fā)酵液中L-賴氨酸含量為50 g/L，糖蜜原料中L-賴氨酸含量為37 g/L，脫毒預(yù)處理提高了 35.14%的L-賴氨酸產(chǎn)量。
[0028]實(shí)施例6說(shuō)明本發(fā)明預(yù)處理過(guò)的糖蜜作為發(fā)酵底物的應(yīng)用
本實(shí)施例說(shuō)明coli WR1001 (該菌株已由專利文獻(xiàn)公開,該專利發(fā)明名稱為一株高產(chǎn)苯丙氨酸的菌株及其生產(chǎn)苯丙氨酸的方法，申請(qǐng)公布號(hào)為CN 103911333 A)分別以脫毒甘蔗糖蜜和甘蔗糖蜜原料生產(chǎn)L-苯丙氨酸的方法。
[0029]本實(shí)施例所用的培養(yǎng)基配方如下:
LB斜面/種子培養(yǎng)基為:蛋白胨10 g/L、酵母粉5 g/L、氯化鈉5g/L，pH7.0,固體培養(yǎng)基加瓊脂15 g/L;
發(fā)酵培養(yǎng)基為:葡萄糖25g/L、硫酸銨5 g/L、磷酸二氫鉀3 g/L、硫酸鎂3 g/L、氯化鈉lg/L、檸檬酸鈉1.5 g/L, 二水氯化鈣0.015 g/L、七水硫酸亞鐵0.1125g/L、酪氨酸
0.3g/L、蛋白胨5 g/L、酵母粉5 g/L、維生素B10.075 g/L、微量元素1.5mL/L，其中微量元素含有:十二水硫酸鋁2 g/L、七水硫酸鈷0.75 g/L、五水硫酸銅0.25 g/L、硼酸0.5 g/L、七水硫酸錳24g/L、二水鑰酸鈉3 g/L、六水硫酸鎳2.5 g/L、七水硫酸鋅15 g/L。當(dāng)葡萄糖耗完后，補(bǔ)加700g/L的葡萄糖；當(dāng)發(fā)酵22h后，以0.06 g/h的速度流加10 g/L的L-酪氨酸。
[0030]I)斜面培養(yǎng)
Escherichia coli WR1001接種到LB斜面培養(yǎng)基中，在37°C下培養(yǎng)I d。
[0031]2)種子培養(yǎng)斜面上培養(yǎng)的coli WRlOOl接入種子培養(yǎng)基中，在37°C、200 rpm下培養(yǎng)12 h0
[0032] 3)發(fā)酵培養(yǎng)
將種子液接種量8% (v/v)，接入發(fā)酵培養(yǎng)基，培養(yǎng)條件如下:溫度37°C、攪拌速度400rpm、通氣量I vvm、溶氧控制在15%。發(fā)酵初始裝液量1.5L,發(fā)酵過(guò)程中用氨水和2 mol/L鹽酸控制發(fā)酵液的pH，經(jīng)過(guò)高效液相測(cè)定經(jīng)本發(fā)明方法脫毒糖蜜發(fā)酵液中L-賴氨酸含量為13 g/L，糖蜜原料中L-賴氨酸含量為9 g/L，脫毒預(yù)處理提高了 44.44%的L-賴氨酸產(chǎn)量。
【權(quán)利要求】
1.一種糖蜜的預(yù)處理方法，其特征在于，包括如下步驟: a)膠體絮凝 糖蜜原料被I mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，與0.3%_3% (w/v)磷酸三鈣混合后煮沸2-10 min,冷卻至室溫后離心,離心條件為2500 rpm, 10 min,分別回收固體物和液體； b)重金屬離子脫除 將步驟a)獲得的液體用0.5 mol/L的H2SO4溶液調(diào)至pH 2.0-4.0，并在室溫下靜置4-10 h后離心,離心條件為2500 rpm, 10 min,分別回收固體物和液體； c)脫色 將步驟b)獲得的液體中加入0.2%-1% (w/v)活性炭，混合均勻后振蕩10-45 min，轉(zhuǎn)速150-250 rpm,常溫下過(guò)濾后分別回收濾液和活性炭,濾液為脫毒糖蜜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述的步驟還包括濾渣回收，具體為將步驟a)和步驟b)獲得的固體，作為沼氣發(fā)酵的底物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述的步驟還包括色素的回收，具體為將步驟c)中脫色和過(guò)濾后得到的活性炭中按體積比1:1加入乙醇，搖床振蕩30-60 min，轉(zhuǎn)速100-200 rpm，過(guò)濾得到的液體經(jīng)過(guò)濃縮后得到褐色粉末色素產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述的過(guò)濾是采用孔徑為0.45μ m的濾紙或?yàn)V膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)處理方法，其特征在于，所述的濃縮溫度在50-60°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟a)所述的糖蜜包括甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟b)所述的重金屬離子為Cr6+、Co3+、Se6+、Hg2+、Mn4+、Cu2+、Fe2+、Ni+、Zn2+、Pb2+。
8.—種上述權(quán)利要求1-7所述的預(yù)處理方法獲得的糖蜜。
9.權(quán)利要求8所述的糖蜜的作為發(fā)酵底物的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C12P5/02GK104232692SQ201410417055
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】陳可泉, 何珣, 張弘, 王震, 歐陽(yáng)平凱 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)